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03/01/2011 #1

Avatar de anilandro

Geiger AN-2, hecho con materiales no tan reciclados
Una vez acabado el Geiger AN-1 construido con materiales reciclados, a igual que un pequeño Frankenstein, me he propuesto montar otro circuito algo más elaborado, pero que a la vez tenga menos componentes y resulte más manejable y fácil de montar.

La idea es diseñar una fuente conmutada utilizando componentes más actuales. El circuito, que se muestra a continuación es sencillo, ya que los únicos elementos activos (aparte de los diodos) son un integrado 4093, del que la fuente sólo utiliza dos de las cuatro puertas, un Mosfet de potencia y un humilde BC237.

Esquema de la fuente conmutada para el Geiger AN-2



El oscilador propiamente dicho está formado por la segunda puerta Schmitt-NAND, donde el condensador de 10 nF y el conjunto de de la resistencia variable de 100 K con los dos diodos en antiparalelo establecen la duración del impulso y del espacio intermedio, siendo el primero de unos ellos de unos 10 microsegundos. Su salida ataca directamente un Mosfet que actúa a conmutación sobre un transformador de relación 1:10, con 40 espiras en el primario y 400 en el secundario.

La rectificación y el filtro no tienen más secretos. El rectificador que estoy usando es el diodo rápido BYV26E, que es algo justo para la tensión máxima, pero aguantará bien a las tensiones que habitualmente funcionará el circuito, de 500-700 Volts.

La estabilización de tensión actúa mediante el divisor resistivo 90-5 Megahomios, cuya salida variable polariza un zener de 47 volts. En el momento en que la tensión final supera el punto especificado, la corriente atraviesa el zener, polariza el transistor BC237, que aquí actúa sólo como inversor, y baja la tensión de las entradas de la primera puerta NAND, subiendo de golpe la salida, que al polarizar positivamente las entradas del oscilador, lo detiene hasta que la tensión baja del punto especificado.

En conjunto, este oscilador funciona suministrando al transformador trenes de impulsos de mayor o menor duración de acuerdo a lo que se necesite para mantener la tensión final en el punto elegido. Este tipo de regulación ha demostrado una estabilidad excelente, especialmente si se mantiene el ajuste por debajo de 1.200 Volts, tensión en la cual el oscilador ya va a tope y por tanto no le queda margen para controlar. Las pruebas efectuadas partiendo de 9 volts de alimentación y bajando dicha tensión para ver hasta donde se mantenía la salida dentro del 2%, han arrojado los siguientes valores:

Tension.......consumo.........Para estabilidad 2 %
de salida........mA..............alimentación hasta:
400...............2.................4 V
500...............2,2..............4 V
600...............2,4..............4 V
700...............2,6..............4 V
800...............2,9..............4 V
900...............3,2..............6,5 V
1000..............3,6.............7,2 V

De ello se desprende que para salidas de 700-800 volts. más que suficientes para casi cualquier tipo de tubo Geiger, para este circuito podríamos utilizar sin problemas tensiones de alimentación de incluso 4,8 volts, manteniendo un buen margen de regulación.

El circuito anterior montado sobre una placa experimental, entregando 809 volts y consumiendo sólo 3,5 mA a 9 Volts. (la medida del tester digital ha de multiplicarse X10 ya que está conectado a través de una sonda de MAT)


En esta segunda imagen se ve el circuito de prueba montado, dando una salida de 809 volts (la medida del tester digital está dividida por 10 por la sonda de alta tensión visible en la parte derecha de la pantalla), mientras el tester analógico está indicando un consumo de 2,8 miliamperios, al que habría que restar algo menos de 1 por el efecto de la carga de la propia sonda.
Pueden verse también varios transformadores. El primero de ellos por la izquierda es original, me refiero a que no está rebobinado, y lo saqué de una placa de una centralita telefónica. No conozco el número de espiras del primario y secundario, pero conectado da hasta 700 Volts de continua, lo cual estaría bien para la mayoría de los tubos Geiger actuales. El resto de transformadores, hasta un total de cuatro, los he bobinado a mano sobre núcleos de inductancias de filtro aprovechadas de las placas de viejos monitores de ordenador, de las que tengo un buen surtido.

El primario es de 40 espiras de hilo de 0,2 mm, mientras el secundario son 400 espiras de hilo de 0,05 mm. en uno de ellos y de 0,1 en los demás, ya que he apreciado un mejor funcionamiento con este último hilo y es mucho más fácil de manipular sin romperlo que el "hilo de araña" de 50 micras. En todo caso, para devanar estos minitransformadores no he tardado más de quince minutos para cada uno de ellos.

En las pruebas efectuadas con el mismo circuito, no ha habido grandes diferencias entre ellos, tal vez unos 100 volts en la tensión máxima y un consumo más favorable en pocos miliamperios, pero todos podrían montarse sin problemas en el circuito definitivo.

En general he intentado utilizar núcleos en que la forma de sujeción tuviera divisiones, ya que de esta forma me evito el tener que aislar el bobinado cada pocas capas, teniendo, eso sí, la precaución de proteger con un pequeño trozo de celo el hilillo que va hasta el centro de la bobina, puesto que irá tocándose con toda la bobina a medida que esta crezca y por tanto su aislante estará sometido a una creciente diferencia de potencial.

Los núcleos de ferrita los he podido despegar calentándolos con el soldador, y todos excepto uno, han salido de una pieza.

Bobinando uno de los transformadores sobre un núcleo de un filtro de alimentación reciclado


El minitransformador acabado. Obsérvese el tamaño respectivo con con mis dedos


También he realizado bastantes pruebas con otros componentes, ya que mi intención es que este circuito pueda montarse sin la dificultad de hallar componentes especiales. En los transistores, por ejemplo, en vez del BC237 puede montarse cualquier cosa que sea NPN y de señal, y el punto que preveía más conflictivo; el transistor de potencia, ha aceptado los seis o siete tipos distintos que he probado. Ha funcionado a la perfección con un IRF 630, a pesar de que su tensión Vdg es de sólo 200 volts ( de hecho también ha ido bien un BUK 455, aunque sus 100 escasos voltios me han aconsejado prescidir de él. He probado también un IRF 740 y un 830. Y también un pequeño Mosfet tipo SMD de tipo D2NC6 (600 volts, 2 Amp), que consigo en abundancia de reactancias de fluorescente defectuosas Philips y Osram.
La última prueba la he efectuado con algo distinto, con un IGBT, también de montaje superficial y que también consigo de las mismas reactancias de fluorescente, el 2N60C3, de 600 Volts y 24 Amp, y debo decir que posiblemente es el que se porta mejor, con un consumo del circuito de 1,5 mA con salida estabilizada y ajustada a 500 Vcc, y sólo 3,5 mA con la salida ajustada a 1.000 Volts.

Algunos de los componentes "críticos" utilizados (que han demostrado no serlo en absoluto)


En la foto anterior, cinco de los transformadores utilizados, los tres de la derecha, bobinados por mí. Y debajo de ellos, de izquierda a derecha, un IRF 740, un IRF 630, un IGBT 2N60C3 y un mosfet SMD D2NC6

En resumen, el circuito se muestra estable y su consumo es menos de 1/15 parte del que utilicé en mi Geiger AN-1, derivado de una reactancia de fluorescente de emergencia. La otra ventaja es que me quedan dos puertas NAND libres en el integrado 4093, las cuales pienso utilizar para el amplificador de las señales del tubo Geiger, para su salida de audio y para la representación con un instrumento indicador... pero eso, así como la caja de montaje, ya se verá en las próximas entregas.

Un saludo a todos
03/01/2011 #2

Avatar de anajesusa

Me parece que te conozco...
Como haces para ver ese hilo tan finito, a mi se me pone muy difícil trabajar con cosas diminutas, uso los lentes pero igual me cuesta.
Un abrazo
03/01/2011 #3

Avatar de el-rey-julien

buen proyecto ,un tiempo atrás quise construirme algo con un tubo Geiger ,al final nunca lo conseguí ,al tubo
gracias por el aporte
su majestad saluda
04/01/2011 #4

Avatar de anilandro

¿Verdad que sí nos conocemos, César...? Al final, hasta el cibermundo resulta ser un sitio mucho más pequeño de lo que parece. A igual que ocurrió con Black Tiger, me alegra verte aquí.

El hilo de 0,1 mm se maneja bastante bien, pero el de 0,05 es complicado, ya que se rompe con sólo mirarlo y al bobinar se engancha incluso en las pequeñas rugosidades del dedo. Además supongo que su aislamiento debe ser también más fino y aguantar menos tensión y será por tanto necesario hacer más capas aisladas.

De hecho, el único transformador que he hecho con este hilo en el secundario parece tener las características algo peores que los demás de 0,1 mm, aunque también puede ser porque éste en concreto tiene el tipo de núcleo en "m" de la ferrita, que deja un pequeño espacio interno de separación en la rama central y que sin duda disminuye la inductancia de los bobinados.

Otra cosa que no he dicho es que los bobinados los he hecho al buen tun-tun, es decir, sin preocuparme demasiado si las espiras montaban unas sobre otras.

Rey-Julien: A través de internet es muy fácil conseguir tubos Geiger, a precios que van desde los 15 €. En e-bay hay algunas tiendas rusas que los tienen a manta... Y luego montar el circuito es fácil, ya que suelen ser montajes sencillos y con pocos problemas de ajuste. El compañero César (Anajesusa) también puede hablarte largo y tendido sobre el tema.

Aquí tienes tubos donde elegir:

http://shop.ebay.es/i.html?LH_AvailT...arr%3D1&_rdc=1

Un saludo
04/01/2011 #5

Avatar de anajesusa

Tambien el diseño del geiger del profe lleva un trafo bobinado, esta muy linda la fuente anilandro.
Para Rey Julie, no se viste este link http://www.techlib.com/science/ion.html hacen el tubo con una lata de conservas, hace unos días descubrí un portal que tiene unos 25 comercios distribuidores de componentes y tienen esos transistores raros que ahí proponen, si hay varios interesados para hacer este proyecto trataría de conseguirlos.
04/01/2011 #6

Avatar de el-rey-julien

anilandro
el problema es que lei que adentro tienen una lamina de mica muy delicada,y no me anime a comprarlo por ebay,
voy a mirar el link cesar ,para ver como se lo puede hacer caserito,
yo los conosco a los dos por leer sus respectivas web ,a angel lo e leido tambien por cientificos-aficionados
se puede decir que los tres son como mis maestros y bueno ya lo saben ,sigan bien muchachos
saludos
04/01/2011 #7

Avatar de anajesusa

Ups!!!, que famosos que somos , estas en argentina rey?
04/01/2011 #8

Avatar de anilandro

Son cosas un poco distintas Rey-Julien.

La emisiones radioactivas son básicamente de cuatro tipos: la alfa, la beta, la gamma y los neutrones.

Dejando de lado los neutrones, que son un caso distinto con el que no nos vamos a encontrar nunca al buscar o manipular minerales radioactivos, las más fáciles de detectar con un tubo Geiger son las beta y las gamma. Estos tubos son habitualmente metálicos, en forma de cilindro, y son los más frecuentes y baratos que vas a encontrar. Los tubos especiales para alfas son mucho más caros (50-100 €) y suelen tener la forma de botón plano con una ventana de mica, ya que es la única manera que las alfas puedan penetrar al interior y por tanto ser detectadas.

El sistema que te comenta Anajesusa del tubo hecho con una lata de conservas es en realidad una cámara de ionización, de funcionamiento distinto al tubo Geiger, donde si bien se produce ionización, su efecto y la gran señal que proporciona en la salida se debe al efecto de avalancha en la descarga del gas interno.
Un Geiger funciona a 500-800 volts (de ahí la fuente de alimentación antes expuesta). Una cámara de ionización, en cambio, funciona a tensiones bajas, de 10 ó 20 volts, y su sensibilidad es casi exclusivamente para partículas alfa a distancias de muy pocos centímetros de las fuentes radioactivas.
La contrapartida de las cámaras de ionización, es que suministran señales extremadamente débiles, del orden de pocos nanoampers, y por lo tanto son necesarios amplificadores de mucha ganancia para llegar a mover la aguja de un indicador.

En otro orden de cosas, Rey-Julien, te agradezco los cumplidos, pero créeme si te digo, (y creo también hablar por César-Anajesusa, a quien conozco y aprecio desde hace tiempo) que no me siento maestro de nada, sólo que he dedicado más tiempo a estos temas y por tanto recorrido más camino, desde donde si puedo, intento facilitar el tránsito a los demás.

Un saludo
04/01/2011 #9
Moderador general

Avatar de Cacho

Lindo tu montaje Anilandro.
Lo único que no me termina de convencer es la ausencia de una Rgate en el MOSFET. Yo le pondría una (con que sea chica ya me dejaría tranquilo).
¿Hay alguna razón por la que no la pusiste?

anajesusa dijo: Ver Mensaje
Ups!!!, que famosos que somos , estas en argentina rey?
Por supuesto: Sólo en este país estaría en libertad
Está por la zona de la sucia Capital.

Saludos
04/01/2011 #10

Avatar de anajesusa

Me gusta tu firma cacho, eso de quemar cosas es lo mío
Rey si te decidís veo si puedo conseguir esos transistores raros.
Saludos
04/01/2011 #11

Avatar de Black Tiger1954

Yo lo único que cambiaría del diseño de Anilandro, es el 4093 por un 40106, ya qué (salvo que se necesiten esas compuertas en otro lado), son 6, y se podría mejorar la corriente que entregan a la compuerta del MOSFET ya que se pueden conectar en paralelo y con el mismo diseño, se podrían usar 3 y siguen quedando 2 restantes.

Pata de saltamontes, me parece que Rgate, es necesario en drivers que manejen mucha corriente, pero no sé, en este caso, está muy limitada por la corriente máxima que pueden entregar. Lo que sí le agregaría para evitar problemas, es un zener entre compuerta y GND o un diodo entre compuerta y Vcc, para que no pase un pico de tensión debido a la capacidad entre Drain/Source. Pero si está funcionando así, es más que probable que no sea nesario <=

PD: anécdota de Anajesusa: Tema: Termostato: Problema: No enciende un LED:
AJ: El led x (no recuerdo cual) no se enciende.
BT: Pero bla bla bla?
AJ: Si.
BT: Entonces está conectado al revés o no funciona.
AJ: No puedo ser tan b"!"·$·$, ya vengo

Cuando volvió, a que no adivinan la respuesta?
Opción A: Puedo serlo.
Opción B: Lo soy!
Opción C: Ambas anteriores.
04/01/2011 #12

Avatar de anajesusa

Lamentablemente es verdad bueno soy bioquímico, que esperabas?
Anilandro sería posible usar una cámara de ionización de un detector de humo como detector de radiación? aunque estas cámaras ya usan dentro el material radiactivo... ummm me parece que no sirve la idea.
04/01/2011 #13

Avatar de el-rey-julien

si estoy en argentina ,el ip mio es de capital ,pero en realidad estoy en un campo de la zona sur de buenos aires ,adrogue ,,,,y siii en argentina me dejan andar suelto ,
lo de comprar por ebay si pero siempre que sea algo duro y no fragil ,el turro del cartero me entregas todas mis cajas abolladas y asta se sienta en ellas ¡¡¡¡¡¡¡ ,nomas como anécdota ase unos dias me llego una remera por oca ,el cartero se estaba abanicando con la bolsa de la encomienda.y el de correo argentino es aun peor todabia ,
el tubo geiser es la ultima pieza de mi propia alarma y plan de autoevacuacion ante un eventual desastre atómico,a solo 20 kilometros tengo la planta nuclear ,
no estoy seguro si esa la planta en que fogo trabajo armando el sistema de enfriamiento o si es la que esta por zarate ,pero yo le tengo desconfianza,no por fogo sino por la corrupción de los funcionarios que según dicen ya hubo fugas y las napas de aguas están contaminadas ,todo sin confirmar,afirmaciones,desmentidas etc etc
así estamos paranoico el rey?????
04/01/2011 #14

Avatar de Black Tiger1954

Lamentablemente es verdad
Para nada, esa es justamente tu grandeza, si estoy equivocado, o le pifié, listo, lo reconozco, cosa que a muchos le cuesta más que ...........
Y lo comenté solo para mostrar (porque recién entraste) el tipo de primate que sos!
Un abrazo!
04/01/2011 #15

Avatar de el-rey-julien

anajesusa dijo: Ver Mensaje
Me gusta tu firma cacho, eso de quemar cosas es lo mío
Rey si te decidís veo si puedo conseguir esos transistores raros.
Saludos
los tansistores raros y esas cosas no ay problemas,yo las consigo,el tema es que el tubo geiser ,el cartero seguro seguro la rompe ¡¡¡¡
04/01/2011 #16

Avatar de Black Tiger1954

No vi tu mensaje Rey, pero si Fogonazo trabajó en el sistema de enfriamiento, mudate rápido jaaaaaaaaaaaajajajjaja

Cuando abra la boca, reacción en cadena!
04/01/2011 #17
Moderador general

Avatar de Cacho

anajesusa dijo: Ver Mensaje
Me gusta tu firma cacho, eso de quemar cosas es lo mío...
Estamos en presencia de un sabio, entonces

el-rey-julien dijo: Ver Mensaje
si estoy en argentina,,,,y siii en argentina me dejan andar suelto
Claro, Majestad. Gente como nosotros estaría en problemas para circular en algunos otros países que se dicen serios.

Black Tiger1954 dijo: Ver Mensaje
Pata de saltamontes, me parece que Rgate, es necesario en drivers que manejen mucha corriente, pero no sé, en este caso, está muy limitada por la corriente máxima que pueden entregar. Lo que sí le agregaría para evitar problemas, es un zener entre compuerta y GND o un diodo entre compuerta y Vcc, para que no pase un pico de tensión debido a la capacidad entre Drain/Source. Pero si está funcionando así, es más que probable que no sea nesario <=
Los MOSFET tienen una cierta capacitancia en el gate. Así, hay que cargarlos y descargarlos para que conduzcan y corten, o no cambian de estado. Cargar un condensador, por chico que sea, implica una corriente que tiende a infinito por un tiempo que tiende a 0. Descargarlos es lo mismo, pero con la corriente en el otro sentido.

Si el circuito encargado de controlar la compuerta no puede entregar esos picos de corriente, o tomarlos para descargarlos, termina quemándose.

No importa cuánta corriente esté conduciendo entre D y S, porque por el Gate (una vez cargado) ya no circula más corriente más que una nada que son las fugas.
Como experimento se puede conectar un MOSFET cualquiera, canal N, con S a masa. Al D se le pone un LED que a través de una resistencia se conecta a +V (12V están bien para el caso). Se conecta G a +V y el LED se prende.
Ahora se desconecta el gate de todo y... ¡el LED sigue prendido!. Como el gate quedo cargado, sigue conduciendo, y va a seguir hasta que se le acaben las ganas. Para apagarlo basta con llevar el G a masa.

Saludos
04/01/2011 #18

Avatar de Black Tiger1954

A ver, quizás me expresé mal Cacho, lo que yo quise decir más explícitamente es que: en este caso, el driver es incapaz de entregar mucha corriente (están internamente limitados tanto en on como en off a algo así como 10 o 15 mA), por ende, ni pueden quemar a la compuerta, ni la compuerta lo puede quemar a él (salvo picos provocados por la capacidad entre drain y gate) porque la corriente es muy baja.
04/01/2011 #19

Avatar de Agucasta

Anilandro, felicitaciones por tu post. Está muy completo y explicativo.
Saludos.
04/01/2011 #20

Avatar de anilandro

Hola Cacho:
A igual que Black Tiger no veo la necesidad de poner ninguna resistencia entre la salida de la NAND y el gate del transistor, la diferencia de impedancias de salida del 4093 y de entrada del Mosfet es tan brutal, que la mínima capacidad del gate ni se nota a la frecuencia que trabaja este circuito, sobre los 9 Khz. Además, tal resistencia sólo aumentaría el tiempo de carga/descarga del gate, lo cual perjudicaría el efecto switch (conmutador) del transistor y por tanto la tensión de salida.

Piensa que lo que llamas "picos de corriente" capaces de "quemar" el integrado, son en realidad tan insignificantes en un condensador de pocos picofaradios cargado a 9 volts, que la salida del integrado se los traga sin darse cuenta.

Respecto a utilizar tal o cual integrado, debo decir que antes de dar con el circuito definitivo, la fuente era más compleja y me ocupaba 4 NAND conectadas en inversor, entonces pensé utilizar el 4584, de seis inversores Schmitt, pero ni siquiera lo pude encontrar en la única tienda de electrónica de mi isla, así que me espabilé y reducí las necesidades a 2. Y puesto que la idea de este circuito es que tenga los mínimos componentes posibles, y que estos sean de lo más corriente, si me basta con los dos NAND restantes para el amplificador/indicador creo que así se va a quedar, si no, ya buscaré otra solución. Siempre he dicho que la ventaja de la electrónica es que hay cien formas distintas para hacer la misma cosa. Ésta es sólo una de ellas.

Anajesusa:
Los medidores de ionización no son demasiado adecuados para detectar betas y gammas de baja intensidad, porque ambas radiaciones crean pocos pares electrón-ión, por otra parte, es muy dificil con este sistema el capturar el paso de partículas individuales, como hace un tubo Geiger, limitándose a medir la ínfima corriente media provocada por los pares creados en el espacio de aire comprendido entre el ánodo y el cátodo, y siempre con una gran inercia en la medida. A veces he pensado en tomar el circuito de un detector de humo, naturalmente sin el americio, y ponerle un captador de cierto tamaño, tipo "lata de conservas", porque estoy seguro que en presencia del alfas algo ha de detectar.

El problema es que estos días estoy quemando mis últimos cartuchos en el cacharreo, puesto que la plaza en que trabajo desde hace casi nueve años va a salir a concurso oposición en un par de meses y debo dejarlo todo para ponerme a estudiar temas tan apasionantes como la Constitución Española o la Ley de Haciendas Locales, lo cual me va a dejar muy poco tiempo para dedicarlo a esta especie de droga dura en que llega a convertirse nuestro hobby.

Hoy he estado trabajando un poco en la caja, que será sólo de 10 x 5,5 x 2,5 cm. Estudiando la posible distribución de los componentes es tan escaso espacio interior. He colocado el instrumento indicador, procedente de un radiocasette Sony desguazado, y dos conmutadores, uno de ellos como interruptor y el otro para seleccionar dos escalas de sensibilidad.

Cortando la ventana para el instrumento indicador


A igual que el sistema adoptado en el Geiger AN-1, he colocado también una base conector BNC, esta vez en el frontal, donde podré conectar los distintos tubos de que dispongo, y ante la falta de espacio he decidido cambiar el altavoz para escuchar los "cliks" por un pequeño zumbador piezoeléctrico que emitirá un corto "beep" cada vez que detecte una partícula.

Aspecto del frontal, con el indicador, el interruptor y el selector de escalas, aunque sin las carátulas que haré con el programa Galva


El circuito impreso probablemente estará colocado en forma de L invertida sobre el instrumento indicador y al lado de la pila de 9 V, sin haber decidido aún la disposición definitiva. El transformador, por ejemplo, deberá ir montado de lado, porque su altura es de 1,9 cm, lo cual, sumado al circuito impreso, no me permite alojarlo derecho en un espacio que sólo tiene 2 cm de altura.

Posible distribución interna, de la pila, el transformador y el zumbador "beep"


Un saludo a todos
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